專利名稱：處理器的靜態(tài)保留模式的制作方法
處理器的靜態(tài)保留模式
背景技術：
諸如電子書閱讀器(“e-book閱讀器”)、蜂窩電話、便攜式媒體播放器、寫字板計算機、上網本、個人數字助理的電子設備以及其他電子設備都依賴電源運行。在這些電子設備中，多個組件在運行期間利用大量的電源，包括處理器和外圍設備。這些外圍設備包括外部存儲接口(EMI)、通用串行總線(USB)控制器、串行外圍接口 (SPI)、內部集成電路(I2C)總線控制器、音頻設備、圖像處理單元(IPU)、輸入設備、實時時鐘、同步串行接口(SSI)、NOR閃存控制器、NAND閃存控制器(NFC)、智能直接存儲訪問控制器(SDMA)、多媒體卡(MMC)存儲控制器，等等。在某些實施中，USB, NFC, IPU、SDMA和其他外圍可借助EMI移動數據來往于SDRAM。這些外圍設備可駐留在相同“芯片”上或壓模為處理器、或位于另一晶片上，或其組合。不能有效使用且在運行模式中閑置的處理器消耗大量的電源。該閑置浪費能源并增加電子設備散發(fā)的熱量。減少功率消耗可以增加依靠電池運行地便攜式設備的使用時間。減少功率消耗也可以減少電子設備散發(fā)的熱量，允許電子設備以較冷的溫度運行并因此增加裝置的壽命并簡化冷化設計。已經提出各種方案用于通過將設備和外圍的處理器置于“休眠”模式而減少便攜式用戶設備的功率消耗。常規(guī)地，進入休眠模式包括關閉未利用的部分和/或減少微處理器的時鐘速度。然而，這些技術只產生了一定程度的電源節(jié)約。而且，用于進入并退出眠模式的當前技術經常對于執(zhí)行命令引入不希望的等待期以及引起一旦重新進入運行模式的系統不穩(wěn)定性。附圖簡述參考相應附圖提出詳細描述。在圖中，附圖標記最左邊的數字表示附圖標記首次出現的附圖。不同附圖中相同的附圖標記表示類似或相同的項。
圖1是處于靜態(tài)保留模式OiSRM)的示例性計算機系統的示意圖。圖2是表示從運行模式過渡到QSRM并返回運行模式的示例性整體處理以及表示這兩種模式的相對功率消耗的流程圖。圖3是進入QSRM的示例性處理的流程圖。圖4是和開始于關閉狀態(tài)的開關穩(wěn)壓器和開始于低功率狀態(tài)的開關穩(wěn)壓器的可用電流相比，處理器在退出QSRM直到進入運行模式期間電源需求隨著時間改變的圖形。發(fā)明詳述如上所述，電子設備利用低功率模式以減少功率消耗和熱量散發(fā)。電子設備可以是電子書閱讀器(“e-book閱讀器”)、蜂窩電話、便攜式媒體播放器、寫字板計算機、上網本、個人數字助理、嵌入式設備，等等?，F有的低功率模式只在一定程度上減少了功率消耗，對于執(zhí)行命令引入了不希望的等待期，并引起重新進入運行模式的系統不穩(wěn)定性。公開的處理和系統影響并改進電子設備的狀態(tài)保留模式，使得設備進入稱為“靜態(tài)保留模式” OiSRM)的新的低功率模式。電子設備現在可進入該QSRM并極大地減少功率消耗，并同時保持可以快速可靠地重新開始穩(wěn)定運行操作。在一個實施方式中，QSRM可以由利用處理器的電子設備執(zhí)行，該處理器具有離散選通時鐘、提供等待中斷指令并具有板上或外部電源管理集成電路(PMIC)的能力。選通是關閉電路的所選一個部分或多個部分的能力。PMIC可包括能在運行、低功率和關閉狀態(tài)之間切換的線性穩(wěn)壓器和開關穩(wěn)壓器。例如，來自美國德克薩斯州Austin的Freescale 半導體公司的i. MX體系和Atlas PMIC MC13783是一個適合的處理器和PMIC系列。也可以使用其他的片上系統(SOC)。處理器執(zhí)行操作系統，諸如但不限于Linux ，UNIX , Microsoft Corporation of Redmond, Washington ' s Microsoft Windows Microsoft Corporation ' s Windows Mobile Apple Corporation of Cupertino, California' s Mac OS ,Apple Corporation' s Mac OS X 禾口Wind River Systems Inc. of Alameda California' s Vx Works .。例如，電子書閱讀器或其他電子設備可以包含具有i. MX體系并執(zhí)行Linux. 內核的Freescale 處理器。內核使用設備驅動以與諸如電源管理集成電路(PMIC)、串行外圍接口(SPI)、外部存儲器接口(EMI)、通用串行總線(USB)控制器、圖像處理單元(IPU)、智能直接存儲訪問控制器(SDMA)、多媒體卡(MMC)存儲控制器等的設備進行通信。這些外圍設備可駐留在相同“芯片”上或壓模為例如i. MX體系的處理器、或位于另一晶片上，或其組合。在一個實施方式中，一旦由用戶空間處理發(fā)起，處理器過渡到QSRM中。在成功進入QSRM后，繼續(xù)使用電源的組件包括處于低功率等待模式的PMIC以及當存儲器需要更新時處于自刷新模式的外部存儲器，所述PMIC具有向保持為低功率模式的CPU供電的開關穩(wěn)壓器。在其他實施方式中，顯示器和/或WWAN在QSRM期間也保持在有效或等待模式。QSRM 也可以結合靜態(tài)休眠模式(QDM)使用，如由相同發(fā)明人于2008年10月30日提交的申請?zhí)枮?2/261,980的待決申請中所述。喚醒源可以觸發(fā)重新開始常規(guī)操作。喚醒源可以包括電源按鈕、充電器檢測(諸如一旦外部電源附連由PMIC產生)、或產生中斷的PMIC中的實時時鐘。一旦從喚醒源接收中斷，則處理器未選通或激活時鐘、激活中斷或否則恢復系統狀態(tài)。輸入/輸出設備的設備驅動利用良好保存的狀態(tài)將輸入/輸出設備帶回之前已知的良好狀態(tài)。處理器現在處于運行模式并準備執(zhí)行觸發(fā)中斷的任務。當處理器返回到空閑時，設備可以再次進入QSRM。處于靜態(tài)保留模式的示例性環(huán)境圖1是處于QSRM的計算機系統100的示例性示意圖。在一個實施例中，計算機系統102可以是電子書閱讀器。然而，計算機系統100也可以用在蜂窩電話、便攜式媒體播放器、上網本、個人數字助理等中。諸如電池、電源、充電器、太陽能電池板等的電源102向計算機系統100提供功率。 電源管理集成電路(PMIC) 104使用來自電源102的電量提供合適地操作計算機系統100中其他設備特有的功率。PMIV 104耦合到微控制器110，該微控制器110在某些實施方式中可使用SPI或I2C實現。PMIC 104可以包括一個或多個開關穩(wěn)壓器106和/或線性穩(wěn)壓器 108。開關穩(wěn)壓器106提供從高輸入電壓或低輸入電壓產生所需輸出電壓的能力。當輸出電壓超過輸入電壓時，就是“增壓b00st”。當輸出電壓小于輸入電壓時，就是“減壓buck”。線性穩(wěn)壓器108提供降低輸入電壓的能力，即產生比輸入電壓更低的輸出電壓?？紤]到他們的增壓或減壓、轉換電壓等的能力，開關穩(wěn)壓器106和線性穩(wěn)壓器108相比一般提供更高的功率轉換性能和增加的開發(fā)靈活性。在如下示例中示出由PMIC 104的電量發(fā)送假設計算機系統具有1. 5F伏的電池 (當完全充電時)，處理器需要1. 65伏，以及另一設備需要1. 1伏。PMIC 104可經配置以使用開關穩(wěn)壓器將從電池提供的1. 5伏增壓到處理器需要的1. 65伏。線性穩(wěn)壓器可經配置以將1. 5伏電池電壓減壓到其他設備需要的1. 1伏。在另一示例中，來自3. 8伏電池的輸出可由開關穩(wěn)壓器減壓以向處于運行模式的SDRAM提供1. 8伏以及處于QSRM時提供1. 7V。微控制器110如所示在計算機系統100中。微控制器110包括中央處理單元 (CPU) 112、CPU時鐘114、CPU寄存器116、門控時鐘寄存器(CGR) 118、包括主緩存和/或二級緩存的緩存存儲器120、緩存時鐘122和時鐘控制模塊(CCM) 124。同樣在微控制器110中是輸入/輸出設備126，該輸入/輸出設備1 包括如下組件·串行外圍接口 (SPI)總線128和相關SPI時鐘130?！ね獠看鎯涌?EMI) 132和相關EMI時鐘134，這兩個組件可以可操作地耦合到如下所述的外部存儲器144?！ねㄓ么锌偩€(USB)控制器136和相關USB時鐘138。控制器136遵守任何USB標準，包括由USB實施論壇提出的USB1. 0，1. 1，2. 0，3. 0。 USB136控制器可以經劃分為耦合到WffAN無線電的USB主控制器和USB配件控制器?！ぴ谖⒖刂破?10內，可以有具有相關時鐘142的其他設備140。這些其他設備 140可以包括IEEE 1394總線、攝像機、全球定位系統、Bluetooth 、音頻、PC卡設備、MMC控制器、NFC、MMC存儲器，等等。EMI132可以耦合到外部存儲器144，所述外部存儲器144可包括靜態(tài)隨機訪問存儲器(SRAM)、虛靜態(tài)隨機訪問存儲器(PSRAM)、同步動態(tài)隨機訪問存儲器(SDRAM)、雙數據率SDRAM(DDR)、NAND閃存、磁阻隨機訪問存儲器(MRAM)、憶阻器隨機訪問存儲器(MemRAM)寸。在某些實施方式中，輸入/輸出設備126也可以經由EMI 132連接到外部存儲器 144。例如，USB控制器、音頻設備、IPU、MMC存儲控制器以及其他設備可以經由EMI 132連接到外部存儲器144。外部存儲器144可存儲包括內核148的操作系統146，所述內核148可操作地耦合到設備驅動150。QSRM指令可以駐留在內核148中。對PMIC 104的QSRM指令可駐留在設備驅動150中。設備驅動150可操作地將輸入/輸出設備1 耦合到內核148。諸如內核148和設備驅動150之間的操作耦合如所示用于強調。圖1所示的所有設備都是可操作地耦合，為了清楚示意省略了他們的各個箭頭。在QSRM期間，加電的組件152包括處于低功率模式的PMIC 104和處于自刷新模式的外部存儲器144。在自刷新模式中，外部存儲器可以在沒有存儲控制器或其他組件的外部輸入情況下更新存儲單元。在某些實施方式中，外部存儲器可以是SDRAM、DDR，等等。圖2表示從運行模式過渡到QSRM并返回運行模式的過度的整體處理200以及表示這兩種模式的相對功率消耗。處理200(以及下文圖3的處理)經所示為邏輯流程圖中的塊的集合，其表示可以硬件、軟件或其組合實施的操作系列。在軟件情況下，塊表示計算機可執(zhí)行指令，當由一個或多個處理器執(zhí)行時，計算機可執(zhí)行指令執(zhí)行記載的操作。除非另外指出，其中所述的操作順序并不用于理解為限制，以及其他組合也可以實施處理。為了便于解釋，參考圖1的環(huán)境描述處理200(以及下文的處理300)。在202，計算機系統100如所示以運行模式操作。在運行模式中，圖形204表示計算機系統100具有最大功率利用率100%。在所示的電子書閱讀器中，當諸如翻頁的任務在微控制器上運行時，觀察到大約200毫安(mA)的電流消耗。當打開或關閉廣域網(WAN) 模塊時，峰值功率消耗可以增加到大約400mA，以及當訪問在線商店時，設備可使用大約 300-350mAo一旦已翻頁或使用WAN模塊傳送數據，計算機系統100等待用戶采取操作，諸如完成閱讀顯示的該頁并翻到下一頁。在206，計算機系統100可以進入QSRM并同時等待用戶輸入或某些其他喚醒事件。可以響應于用戶輸入、響應于執(zhí)行處理或響應于另一確定對進入QSRM初始化。下面在圖3中更深度地解釋進入QSRM。當處于QSRM時，圖形208表示示例性電子書閱讀器的功率消耗大約為0. 67mA,或是在運行模式202期間200mA功率消耗的大約0. 3%。比較而言，如由相同發(fā)明人于2008 年10月30日提交的申請?zhí)枮?2Λ61，980的待決申請中所述，靜態(tài)休眠模式(QDM)將功率消耗減少到大約17.4mA。因此，QSRM相比于QDM僅消耗約3. 8%的功率。QSRM可以結合 QDM使用。例如，QDM包括在設備驅動和內核之間協調以使得功率消耗最小化以及動態(tài)增加計時器中斷間隔。因此，計算機系統100可以在合適時在運行模式、QDM、QSRM之間過渡。在210，接收喚醒中斷，并在212，喚醒計算機系統100。喚醒212激活時鐘和中斷并將系統恢復到運行模式202。在示例的電子書閱讀器中，從QSRM的喚醒事件一般相對較短(在200-300ms范圍內)，并不會引起其他的開銷或等待期。通過提供穩(wěn)定可靠的過渡來往于QSRM，以及保持PMIC上的所選功率穩(wěn)壓器處于低功率模式，實現快速的喚醒事件成為可能。使用該范圍的喚醒時間，更高頻率地將計算機系統置于QSRM中并保持合理用戶響應成為可能。因此，顯著的功率減少是可能的。進入QSRM的示例性處理圖3是進入圖1所示的QSRM的處理206的示例性流程圖。在一個實施例中，為了實現喚醒邏輯期間的低等待期，當選通時鐘時電路保持加電。在302，凍結CPU上執(zhí)行的處理和線程。該操作包括凍結所有的內核線程和用戶空間處理。當用戶處理的內核線程拒絕凍結時，凍結處理被異常中斷以及內核重新開始運行。 在一個實施例中，內核執(zhí)行如下指令pm_suspend ()；enter_state ()；suspend_prepare ()；// See kernel/power/main· cC樣本代碼1在304，將輸入/輸出設備置于低功率模式。設備驅動將設備狀態(tài)保存到外部存儲器144中。一旦保存設備狀態(tài)，設備被置于低功率模式或關閉，以及驅動設備的時鐘被選通。在喚醒期間，設備驅動重新保存該保存良好的狀態(tài)以及輸入/輸出設備操作重新開始。在一個實施例中，內核可以執(zhí)行如下指令
suspend_devices_and_enter ()// See kernel/power/main· cC樣本代碼2在306，對喚醒源進行配置。這些喚醒源可以包括電源管理事件、網絡接口、實時時鐘或電源按鈕。電源管理事件可以由PMIC 104產生并包括充電器的附連或取出，多余電源的可用性，等等。在一個實施例中，內核可以執(zhí)行如下指令_raw_writel ( ((1 < < 23) | (1 < < 16) | 7)，MXC_CCM_WIMR)；// in function mxc_pm_lowpower ()// See arch/arm/mach-mx3/mxc_pm. cC樣本代碼3在308，可以對在門控時鐘寄存器(CGR)中定義的時鐘進行選通。通過舉例而非限制，在i. MX系列的處理器中CGR中可以出現的時鐘包括CGR0、CGR1、CGR2、MXC_CCM_CGR0、 MXC_CCM_CGR1、MXC_CCM_CGR2，等等。在310，關閉PMIC 104上不需要的線性穩(wěn)壓器。不需要的線性穩(wěn)壓器是向已選通的時鐘或設備提供電量的線性穩(wěn)壓器。將剩余的線性穩(wěn)壓器置于低功率模式。在312，將PMIC 104上的開關穩(wěn)壓器106置于低功率模式。如參考圖4的下文詳細所述，當從關閉狀態(tài)重新激發(fā)時，開關穩(wěn)壓器不能足夠快地提供功率。因此，使開關穩(wěn)壓器106保持在低功率模式允許喚醒時減少等待期并同時增加穩(wěn)定性。在一個實施例中，例如當使用Atlas PMIC MC13783時，內核可以執(zhí)行如下的在函數mx31_pm_pr印are ()中的指
令
權利要求
1.一種在便攜式電子設備中用于減少功率消耗的系統，所述系統包括 存儲器；耦合到所述存儲器的處理器；存儲在所述存儲器中并經配置以在所述處理器上執(zhí)行的內核，所述內核經配置以在進入靜態(tài)保留模式OiSRM)之后維持電源管理集成電路(PMIC)的開關穩(wěn)壓器處于低功率狀態(tài)。
2.如權利要求1的系統，進一步包括耦合到所述處理器的外圍設備以及其中所述內核經配置以通過執(zhí)行如下操作進入所述QSRM 將所述外圍設備置于低功率狀態(tài)；以及配置所述外圍設備中的喚醒源以產生喚醒中斷。
3.如權利要求1的系統，其中所述內核進一步經配置以在進入所述QSRM之后維持存儲器處于自刷新狀態(tài)。
4.如權利要求1的系統，其中所述開關穩(wěn)壓器經配置以向所述處理器提供功率。
5.如權利要求1的系統，其中所述內核進一步經配置以執(zhí)行等待中斷(WFI)指令。
6.如權利要求1的系統，其中所述內核經配置以通過執(zhí)行如下操作進入所述QSRM: 凍結在所述處理器上執(zhí)行的運行的用戶空間處理和內核線程；配置喚醒源以產生喚醒中斷；選通在門控時鐘寄存器中定義的時鐘，所述門控時鐘寄存器耦合到所述處理器； 將PMIC的線性穩(wěn)壓器置于關閉狀態(tài)，所述線性穩(wěn)壓器經配置以向選通設備提供功率， 所述選通設備耦合到所述處理器；將PMIC的所述開關穩(wěn)壓器置于低功率狀態(tài)，所述開關穩(wěn)壓器經配置以向所述處理器提供功率；選通串行外圍接口時鐘或通用串行總線時鐘或耦合到所述處理器的兩者； 為時鐘控制模塊中的所述處理器設置狀態(tài)保留模式，所述時鐘控制模塊耦合到所述處理器；無效來自非喚醒源的中斷產生； 無效所述處理器上的處理器調整；以及選通所述處理器的主時鐘。
7.如權利要求6的系統，其中所述內核進一步經配置以在無效處理器調整之后將所述 PMIC置于低功率模式。
8.一種存儲指令的一種或多種計算機可讀存儲介質，當由處理器執(zhí)行時使得所述處理器執(zhí)行如下操作，包括凍結在中央處理單元(CPU)上執(zhí)行的運行處理和線程； 將輸入設備或輸出設備或輸入及輸出設備置于低功率或延緩狀態(tài)； 配置喚醒源以產生喚醒中斷； 選通在門控時鐘寄存器中定義的時鐘；將線性穩(wěn)壓器置于關閉狀態(tài)，所述線性穩(wěn)壓器經配置以向選通設備提供功率； 將開關穩(wěn)壓器置于低功率狀態(tài)，所述開關穩(wěn)壓器經配置以向所述CPU提供功率； 選通串行外圍接口時鐘或通用串行總線時鐘或兩者；為時鐘控制模塊中的所述CPU設置狀態(tài)保留模式；無效來自非喚醒源的中斷；以及無效CPU調整。
9.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，其中將輸入或輸出或輸入及輸出設備置于低功率或延緩狀態(tài)包括在存儲器中保存設備狀態(tài)，將所述設備置于低功率模式以及選通驅動所述設備的時鐘。
10.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，進一步包括在選通串行外圍接口時鐘或通用串行總線時鐘或兩者之后將電源管理集成電路(PMIC)置于低功率模式。
11.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，其中無效處理器調整進一步包括將所述CPU 配置為由所述CPU支持的最大運行頻率。
12.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，進一步包括在設置時鐘控制模塊中的狀態(tài)保留模式之后清洗CPU主緩存或二級緩存。
13.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，進一步包括在無效CPU調整之后執(zhí)行等待中斷指令。
14.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，進一步包括將存儲器置于自刷新模式。
15.如權利要求8的計算機可讀存儲介質，其中所述喚醒源包括如下的至少之一電源管理事件、網絡接口、實時時鐘或電源按鈕。
全文摘要
靜態(tài)保留模式(QSRM)允許電子設備在空閑時的最小功率消耗和熱散發(fā)，并同時不對用戶產生不利的等待期或引起系統的不穩(wěn)定性。一旦呼叫進入QSRM，處理可經凍結，時鐘可經選通，開關穩(wěn)壓器可被置于低功率模式，SDRAM可被置于自刷新模式，緩存可經清洗，IRQ可經無效，以及系統等待中斷以喚醒。在QSRM中，加電組件包括開關穩(wěn)壓器，經配置向處理器提供功率的所述開關穩(wěn)壓器保持在低功率模式，同時SDRAM處于自刷新模式。
文檔編號G06F1/26GK102498451SQ201080026181
公開日2012年6月13日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月22日
發(fā)明者D·勃貝索, M·拉齊瓦尼 申請人:亞馬遜技術股份有限公司